JP2013033024A - 距離，速度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定周期毎に、送信波を反射した物標との距離（ひいては速度）を可能な限り精度良く求めることができる距離，速度測定装置を提供する。
【解決手段】受光チャンネルＣＨｉ（ｉ＝１〜４）のそれぞれについて一発測距回路３２１と積分測距回路３２２とを並行して動作させ、受光チャンネルＣＨｉから得られる受信信号Ｒｉが上閾値より大となる一発測距領域では一発測距回路３２１による第１測距値Ｄ１を、受信信号Ｒｉが下閾値以下となる積分測距領域では積分測距回路３２２による第２測距値Ｄ２を、受信信号Ｒｉが下閾値より大且つ上閾値以下となる中間領域では、両測距値Ｄ１，Ｄ２の加重平均値を距離データＤとして生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス状の送信波を送信し、その反射波を受信することで、送信波を反射した物標との距離や速度を測定する距離，速度測定装置に関する。

パルス状の送信波を送信し、その反射波を受信し、送信波の送信タイミングから反射波の受信タイミングまでの時間差を計測することで、送信波を反射した物標との距離を求める装置が知られている。

この種の装置において、送信タイミングから受信タイミング（受信信号が最大電圧に達するタイミング）までの時間差を計測する手法の一つとして、受信信号が所定の閾値より大きくなるタイミングを前タイミング、その後、所定の閾値より小さくなるタイミングを後タイミングとして、送信タイミングから前タイミングまでの時間差、および送信タイミングから後タイミングまでの時間差をタイマ等で個別に計測し、これら両時間差の計測結果から、送信タイミングから受信タイミングまでの時間差を推定するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、送信波を送信する毎に、所定期間の間、受信信号を所定間隔でサンプリングし、複数の送信波について同様のサンプリングを行った結果に基づき、送信波の送信タイミングを基準とした同一時間にサンプリングされたサンプリング値同士を加算（積分）することで、複数の受信信号を積分した積分信号（受信信号のノイズ分が抑制される）のサンプリング値に相当する積分サンプリング値を求め、その積分サンプリング値から受信タイミングを求めるものもある（例えば、特許文献２参照）。

以下では、前者を一発測距方式、後者を積分測距方式と称する。
更に、受光信号を、背景光の強度に応じて設定される閾値を用いて２値化し、この２値化した信号を、２種類の手法（レベルサンプリング，エッジサンプリング）でサンプリングし、受信信号のＳ／Ｎに関係するパラメータに応じて使用する手法を切り換え、いずれか一方のサンプリング結果に従って、送信から受信までの時間差、ひいては送信波を反射した物体までの距離を求めることが記載されている（特許文献３参照）。

なおＳ／Ｎに関係するパラメータとして、具体的には、送信から経過時間（近距離はＳ／Ｎが大）や、実際の測距を行う前にプリ測距を行い、そのプリ測距で検出される信号レベル（信号レベルが高ければＳ／Ｎが大）等を用いることが提案されている。

特開平９−２３６６６１号公報 特開２００５−２５７４０５号公報 特表２００７−４６０６号公報

ところで、一発測距方式では、送信タイミングから前タイミングや後タイミングまでの時間差を計測するタイマの動作クロックによって時間分解能（ひいては距離分解能）が決まるため、高速の動作クロックを用いることで精度の高い測定が可能である。しかし、物標からの反射強度が弱く、所定の閾値より低い受信信号（ノイズレベルと同程度の受信信号）しか得られない場合には、測定結果を得ることができないという問題がある。

一方、積分測距方式では、積分効果によって受信信号のＳ／Ｎを向上させることができるため、ノイズに埋もれるような所定閾値より低い受信信号であっても測定結果を得ることが可能である。しかし、受信信号のサンプリング間隔によって時間分解能（ひいては距離分解能）が決まり、サンプリング間隔は動作クロックのように高速にはできないため、一発測距方式と比較して検出精度が劣ってしまうという問題がある。仮に、積分測距方式にて、一発測距方式と同様の検出精度が実現できたとしても、その場合には、サンプリングしたデータ量が膨大なものとなり、データを記憶するための装置規模や、データの処理量が増大してしまうという問題があった。

また、上述の装置を、例えば、車両の衝突防止（ＰＣＳ）用のセンサとして使用する場合、物標との距離だけでなく、物標の速度（相対速度）も検出する必要があり、そのためには、一定時間間隔毎に物標との距離が確実に求められることが望ましく、更には、安全に関わる制御に用いられるため、できるだけ高い精度で検出結果が得られることが望ましい。

また、特許文献３に記載の考え方を適用して、上記２種類の測距方式を切り換えて使用することも考えられる。しかし、例えば、車載レーダ装置では、静止物から移動物まで、様々な種類の対象物を検出する必要があり、対象物毎に反射特性が様々に異なっているだけでなく、同じ対象物であっても、反射位置によって反射強度は様々に変化する。しかも、対象物との相対的な位置関係も短時間で大きく変化し、これに伴って対象物上での反射位置も頻繁に変化する。

つまり、送信からの経過時間によって切り換える手法では、実際の反射強度が全く考慮されておらず、また、プリ測距の結果によって切り換える手法では、プリ測距時と実際の測距時とで状況が変化している可能性がある。従って、いずれの手法も的確な測距方式を選択することができない場合があり、距離や速度の計測結果の精度を低下させてしまうという問題があった。

更に、特許文献３に記載の技術は、受信信号を２値化した信号に対して異なったサンプリングを実行するものであるのに対して、一発測距方式及び積分測距方式は、いずれも、受信信号を２値化することなくそのままサンプリングした結果を用いて処理を実行するものである。従って、一発測距方式及び積分測距方式を切り換えて使用する装置は、特許文献３に記載の技術を単純には適用するだけでは実現することができないという問題もあった。

本発明は、上記問題点を解決するために、測定周期毎に、送信波を反射した物標との距離（ひいては速度）を可能な限り精度良く求めることができる距離，速度測定装置を提供することを目的とする。

本発明の距離，速度測定装置では、送受信手段が、予め設定された測定周期毎に、パルス状の送信波を複数回照射し、その送信波の反射波を受信して該反射波の強度を表す受信信号を生成する。

但し、送信波の送信間隔Ｔｗは、当該装置で規定される最大検知距離を送信波が往復するのに要する時間以上に設定され、送信波の数をＮ個、測定周期をＴcyclとすると、Ｔcycl＞Ｎ×Ｔｗとなるように設定されている（図２参照）。

すると、第１測距手段が、複数の送信波のいずれか一つについて、送信波の送信タイミングから、その送信波に対応する受信信号が予め設定された検出閾値を横切るタイミングまでの経過時間を計測した結果に基づいて、送信波を反射した物標である反射物標までの距離を表す第１測距値を測定周期毎に求める。なお、検出閾値を横切るタイミングには、検出閾値以下の信号レベルから検出閾値より大きい信号レベルに変化するタイミングと、検出閾値より大きい信号レベルから検出閾値以下の信号レベルに変化するタイミングとがある。

また、第２測距手段が、複数の送信波のそれぞれについて、送信波の送信タイミングから、予め設定された最大検知距離を送信波が往復するのに要する時間以上に設定された最大計測期間の間、予め設定されたサンプリング間隔で受信信号をサンプリングし、各送信波の送信タイミングを基準として同一時間にサンプリングされたサンプリング値同士を加算することで求めた積分サンプリング値に基づいて、反射物標までの距離を表す第２測距値を測定周期毎に求める。

つまり、積分サンプリング値は、複数の受信信号を、送信タイミングを基準として同じタイミングで足し合わせた積分信号のサンプリング値に相当する。なお、積分信号は、元の受信信号と比較して、ノイズが抑制されＳ／Ｎが向上したものとなる。

そして、距離算出手段が、記第１測距値および第２測距値のうち、少なくとも一方を用いて、測定周期毎に、反射物標との距離を表す物標距離を算出し、更に、速度算出手段が、距離算出手段にて算出された距離に基づき、測定周期毎に、反射物標の速度を算出する。

このように構成された本発明の距離，速度測定装置によれば、第１測距手段は、受信信号が検出閾値より大きい場合は、第１測距手段による精度の良い第１測距値を得ることができ、また、受信信号が検出閾値以下である場合は、第１測距値よりは精度は劣るが、第２測距手段による第２測距値を得ることができる。このため、第１測距値および第２測距値を適宜選択することによって、測定周期毎に可能な限り高い精度で物標距離を求めることができ、更には、その物標距離に基づいて可能な限り高い精度で物標の速度を求めることができる。

また、本発明の距離，速度測定装置によれば、第１測距手段は、複数の送信波（但し、いずれか一つ）を使用し、第２測距手段は、第１測距手段のものと同じ複数の送信波（但し、全て）を使用して処理を実行するため、同じ測定周期内でほぼ同時に得られる受信信号を用いて求められた第１測距値及び第２測距値を用いて、物標距離や速度を求めることができる。このため、検出対象となる周囲の状況（対象物との相対的な位置関係）が短時間で変化するような場合でも、精度のよい検出結果を得ることができる。

ところで、第１測距手段は、検出閾値として、受信信号のノイズレベルより大きな値に設定された下閾値と、この下閾値より大きな値に設定された上閾値とを有し、受信信号が上閾値を越える場合は、上閾値を検出閾値とし、受信信号が上閾値以下である場合は、下閾値を検出閾値として第１測距値を求めるように構成されていてもよい。なお、上閾値は、第１測距値の精度が第２測距値の精度より確実に高くなるような値であることが望ましい。

この場合、距離算出手段は、例えば、受信信号が上閾値より大きい場合は第１測距値、受信信号が下閾値より小さい場合は第２測距値、受信信号が下閾値以上かつ上閾値以下の場合は第１測距値と第２測距値との平均値を、物標距離として求めることが考えられる。

このように第１測距値と第２測距値との平均値を用いることにより、物標距離の算出に使用される測距手段が切り替わる時に、物標距離の値が急激に変化すること、即ち、距離とびの発生を抑制することができる。

ここで、第１測距値と第２測距値との平均値は、単純平均値でもよいし、加重平均値であってもよい。加重平均値を使用する場合、第１測距値の精度と第２測距値の精度とに従って、より精度の高い方の重みが大きくなるように設定してもよい。

また、検出閾値としては、上閾値または下閾値のいずれか一方だけを用いて、受信信号が検出閾値を越える場合は、第１測距値、受信信号が検出閾値以下である場合は、第２測距値を物標距離とするようにしてもよい。

また、本発明の距離，速度測定装置において、速度算出手段は、時系列フィルタを用いて速度を算出するように構成されていてもよい。ここで、距離算出手段に求められた物標距離が、第１測距値である場合を第１状態、第１測距値と第２測距値との平均値である場合を第２状態、第２測距値である場合を第３状態とする。

この場合、第３状態を経過することなく、第１状態から第２状態に又は第２状態から第１状態に直接遷移した時に、距離算出手段にて求められた物標距離は信頼度が低いものとして速度を算出するように構成されていてもよい。

これにより、物標距離が第１測距値から第２測距値に、又は第２測距値から第１測距離に切り替わった時に、物標距離の検出結果が大きく変化した場合でも、速度の算出結果が不自然に大きく変化してしまうことを抑制することができる。その結果、速度の算出結果を使用する各種制御の安定性を向上させることができる。

更に、時系列フィルタがカルマンフィルタである場合、カルマンゲインを増減することによって、物標距離の信頼度を調整するように構成されていてもよい。この場合、カルマンゲインを減少させるほど、観測値（新たに算出された物標距離）の信頼度は低いものとして、速度が算出されることになる。

なお、第１測距手段が経過時間の計測を行う際の単位時間は、第２測距手段がサンプリングを行う際のサンプリング間隔より短いことが望ましい

距離，速度測定装置の全体構成を示すブロック図。 送信タイミング信号や装置各部の動作タイミングを示すタイミング図。 一つのパルス信号に対する受信信号の波形、および一発測距回路や積分測距回路の動作を理解するための説明図。 受信信号の信号レベル（反射強度）と、一発測距や積分測距の有効領域、および一発測距回路や積分測距回路によって求められる距離の精度との関係を示す説明図。 物標距離の算出状態に関する状態遷移図である。 物標検出処理の内容を示すフローチャート。 測距データの取得状況およびその取得状況に応じた距離データの算出方法を測定周期毎に例示した説明図。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜全体構成＞
本発明が適用された距離，速度測定装置１は、車両に搭載され、車両の前方に存在する各種物標を検出し、その検出した物標に関する情報（距離，相対速度等）を生成する装置である。

図１に示すように、距離，速度測定装置１は、送信タイミング信号ＳＴに従ってパルス状のレーザ光（送信波）を、車両前方の照射領域に向けて照射する発光部１０と、レーザ光を反射した物標からの反射光（反射波）を受光して受光強度に応じた電気信号（受信信号）Ｒ１〜Ｒ４に変換する受光部２０と、発光部１０に供給する送信タイミング信号ＳＴを生成すると共に、受光部２０から供給される受信信号Ｒ１〜Ｒ４に基づいて、レーザ光を反射した物標（反射物標）との距離を測定する測距部３０と、測距部３０での測定結果から、照射領域に存在する物標を検出し、その物標に関する情報（距離，速度等）を生成する信号処理部４０を備えている。

＜発光部＞
発光部１０は、送信タイミング信号ＳＴに従って、レーザ光を発生させるレーザダイオード等からなる発光素子１１、レーザ光が上記照射領域に照射されるように発光素子１１から放射されたレーザ光の照射範囲を調整するコリメートレンズ１２等で構成されている。

＜受光部＞
受光部２０は、照射領域から到来する反射光を集光する集光レンズ２１、集光レンズ２１を介して受光した反射光の強度に応じた電圧値を有する電気信号を発生させる複数（本実施形態では４個）の受光素子からなる受光素子群２２、受光素子群２２を構成する各受光素子の受光信号を個別に増幅するために、受光素子毎に設けられた複数の増幅回路からなる増幅回路群２３等で構成されている。

なお、受光素子群２２を構成する受光素子は、車幅方向（水平方向）に沿って一列に配置され、それぞれが、照射範囲における水平面内で異なった方向から到来する反射光を受光するように配置されている。

以下では、受光素子，増幅回路からなる組みを受光チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４と称する。つまり、各受光チャンネルＣＨｉ（ｉ＝１〜４）から出力される増幅された信号が受信信号Ｒｉとなる。

＜測距部＞
測距部３０は、送信タイミング信号ＳＴを発生させる制御回路３１と、受信信号Ｒ１〜Ｒ４毎に設けられ、各受信信号Ｒｉおよび送信タイミング信号ＳＴに基づいて、２種類の測距方式で求めた測距値をそれぞれが生成する複数の測距回路３２ａ〜３２ｄを備えている。但し、測距回路３２ａ〜３２ｄはいずれも同様の構成をしているため、以下では、特に区別する必要がない場合は、測距回路３２と記す。

制御回路３１は、図２に示すように、測定周期Ｔcycl（本実施形態ではＴcycl＝３３ｍｓ）を表す周期信号を発生させ、この周期信号に同期して送信タイミング信号ＳＴを発生させる。送信タイミング信号ＳＴは、具体的には、測定周期Ｔcycl毎に出力されるＮ（本実施形態ではＮ＝１００）個のパルス信号からなる。また、パルス信号は、当該装置１の最大検知距離（本実施形態では５０ｍ）をレーザ光が往復するに要する最大計測期間（本実施形態では０．３３μｓ）より十分に長い時間間隔Ｔｗ（本実施形態ではＴｗ＝１８μｓ）で出力される。但し、Ｔcycl，Ｎ，Ｔｗは、例示した値に限るものではなく、最低限、Ｔcycl＞Ｎ×Ｔｗを満たすように設定されていればよい。

図１に戻り、測距回路３２は、測定周期Ｔcycl毎に照射されるＮ個のパルス信号のうち、任意の一つ（例えば５０番目）を使用して測距し、第１測距値を生成する一発測距回路３２１と、Ｎ個のパルス信号を全て使用して測距し、第２測距値を生成する積分測距回路３２２とを備えている。そして、測距回路３２は、これら一発測距回路３２１及び積分測距回路３２２をいずれも常時動作させることで、測定周期Ｔcycl毎に第１測距値及び第２測距値の両方を出力するように構成されている。

＜一発測距回路＞
一発測距回路３２１では、図３に示すように、受信信号Ｒｉが検出閾値を越えた（即ち、横切った）タイミングを前タイミング、その後、受信信号Ｒｉが検出閾値を下回った（即ち、横切った）タイミングを後タイミングとして、送信タイミングから前タイミングまでの経過時間Ｔｆ、および送信タイミングから後タイミングまでの経過時間Ｔｂをタイマで計測し、前タイミングと後タイミングとの中間のタイミングを受信タイミング（受信信号Ｒｉがピークとなるタイミング）として、両経過時間Ｔｆ，Ｔｂの平均値を、送信タイミングから受信タイミングまでの経過時間Ｔｒ（＝｛Ｔｆ＋Ｔｂ｝／２）として算出する。更に、その経過時間Ｔｒを距離に換算した値を第１測距値として出力する。

但し、一発測距回路３２１では、検出閾値として、大小２種類の閾値が用意されており、大きい方を上閾値、小さい方を下閾値と称する。
つまり、一発測距回路３２１は、使用するパルス信号の送信タイミング（送信タイミング信号ＳＴの立ち上がりエッジ）で計時を開始する４個のタイマ（第１〜第４タイマ）を備えている。但し、第１〜第４タイマのＬＳＢ（単位時間）は、タイマを動作させる動作クロックの周期と一致し、本実施形態では０．１２５ｎｓに設定されている。

このうち、第１タイマは、下閾値より小さい受信信号Ｒｉが下閾値を越えたタイミングで計時を停止し、第２カウンタは、上閾値より小さい受信信号Ｒｉが上閾値を越えたタイミングで計時を停止し、第３カウンタは、上閾値より大きい受信信号Ｒｉが上閾値を下回ったタイミングで計時を停止し、第４カウンタは、下閾値より大きい受信信号Ｒｉが下閾値を下回ったタイミングで計時を停止するように構成されている。

そして、受信信号Ｒｉが上閾値を越えている場合は、第２タイマの計時値（経過時間Ｔｆ）と第３タイマの計時値（経過時間Ｔｂ）を用いて第１測距値が求められ、受信信号Ｒｉが下閾値を越えており且つ上閾値以下である場合は、第１タイマの計時値（経過時間Ｔｆ）、第４タイマの計時値（経過時間Ｔｂ）を用いて第１測距値が求められ、受信信号Ｒｉが下閾値以下である場合は、第１測距値は「データなし」となる。

なお、第１測距値への換算前の経過時間Ｔｒは、増幅回路が飽和した場合に受信信号Ｒｉに生じる歪みを考慮して、例えば、受信信号Ｒｉが検出閾値を越えている期間（Ｔｂ−Ｔｆ）の長さによって、補正するように構成してもよい。

このような一発測距方式を実現する装置は、例えば、特開平９−２３６６６１号公報等に詳述されているため、ここではこれ以上の説明を省略する。
＜積分測距回路＞
一方、積分測距回路３２２では、次のような処理を実行する。

まず、Ｎ個のパルス信号のそれぞれについて、送信タイミングから最大検知距離をレーザ光が往復するに要する時間が経過するまでの間、所定のサンプリング間隔Ｔsmpl（本実施形態ではＴsmpl＝２５ｎｓ）で、受信信号Ｒｉをサンプリングする。

そのサンプリング値を、送信タイミングを基準として同一時間にサンプリングされたもの同士を加算することで積分サンプリング値を求める。
そして、積分サンプリング値のピーク値に予め設定された０より大且つ１より小の係数（本実施形態では０．５）を乗じた値を検出閾値（５０％閾値）として設定し、その設定された検出閾値を用いて一発測距の場合と同様の前タイミング，後タイミングを検出し、その前タイミング，後タイミングに対応するサンプリング値が送信タイミングから何番目（前タイミングをＭｆ番目，後タイミングをＭｂ番目とする）のサンプリング値かを特定し、送信タイミングから前タイミングまでの経過時間Ｔｆ、送信タイミングから後タイミングまでの経過時間Ｔｂを、（１）（２）式を使って算出する。

Ｔｆ＝Ｍｆ×Ｔsmpl （１）
Ｔｂ＝Ｍｂ×Ｔsmpl （２）
以下は一発測距回路３２１の場合と同様に、経過時間Ｔｆ，Ｔｂに基づいて送信タイミングから受信タイミングまでの経過時間Ｔｒを求め、その経過時間Ｔｒを距離に換算したものを第２測距値として出力する。このような積分測距方式を実現する装置は、例えば、特開２００５−２５７４０５号公報等に詳述されているため、ここではこれ以上の説明を省略する。

但し、積分測距回路３２２は、上閾値を越える受信信号Ｒｉが入力された場合は、積分サンプリング値が当該回路３２２における計測電圧範囲を超えてしまい、第２測距値の精度が低下するため、処理を中止して、第２測距値を「データなし」とするように構成されている。

なお、図４に示すように、一発測距回路３２１は反射強度が下閾値以上の時に測距値が得られ、反射強度（受信信号Ｒｉの信号レベル）が大きいほど距離精度が良くなる。また、積分測距回路３２２は、増幅回路２３が飽和する程度に反射強度が大きい場合や、ノイズの平均レベルに満たない程度に反射強度が小さい場合に、距離精度が劣化する。

また、一発測距回路３２１で使用される下閾値は、受信信号の平均的なノイズレベルに予め設定されたマージンを加えた値（本実施形態では１００ｍＶ）に設定され、上閾値は、一発測距による測定結果（第１測距値）の精度が、積分測距による測定結果（第２測距値）の精度を上回るような値（本実施形態では５００ｍＶ）に設定されている。

以下では、反射強度が、平均的なノイズレベル以下となる領域を未検知領域、平均的なノイズレベルより大きく且つ上閾値より小さい領域を積分測距有効領域、下閾値より大きい領域を一発測距有効領域、積分測距領域と一発測距領域とが重なり合う領域を中間領域という。

つまり、未検知領域（図中の領域Ｘ）では、測距値を得ることができず、中間領域を除く積分測距有効領域（図中の領域Ａ）では、一発測距回路３２１による測距が不可能なため、第２測距値しか得ることができない。また、中間領域を除く一発測距有効領域（図中の領域Ｃ）では、第１測距値の方が第２測距値より距離精度が高くなり、中間領域（図中の領域Ｂ）では、第２測距値の方が第１測距値より距離精度が高くなる。

このため、受信信号Ｒｉの信号レベルが領域Ａに属する場合、積分測距回路３２２によって生成される第２測距値が距離データとして使用される。この状態を「積分のみ」状態（本発明における第３状態の一例）という。また、受信信号Ｒｉの信号レベルが領域Ｃに属する場合、一発測距回路３２１によって生成される第１測距値（但し上閾値を使用）が距離データとして使用される。この状態を「一発のみ」状態（本発明における第１状態の一例）という。受信信号Ｒｉの信号レベルが領域Ｂに属する場合、両測距回路３２１，３２２によって生成される第１測距値（但し下閾値を使用）及び第２測距値から求めた値が距離データして使用される。この状態を「一発積分共存」状態（本発明における第２状態の一例）という。また、受信信号Ｒｉの信号レベルが領域Ｘにあり、距離データを求めることができない状態を「未検知」状態、受信信号Ｒｉの信号レベルが領域Ｘ以外にあり、距離データを求めることができる状態を「検知」状態という。

そして、受信信号Ｒｉ（反射強度）のレベル変化は連続的であるとは限らず、例えば、図５の状態遷移図中に点線で示すように、領域Ａから領域Ｃに変化したり、領域Ｃから領域Ａに変化したりする場合もあり、任意の状態間で遷移が生じる。

例えば、検出対象が車両である場合、反射位置がボディであるか、ボディに取り付けられたリフレクタであるかによって反射強度は大きく変化する。しかも、検出対象の車両と自車両との相対的な位置関係は、両者の挙動（相対速度，ステアリング操作，振動等）によって頻繁に変化し、その変化に伴って、車両上の反射位置も頻繁に変化するため、このような急激なレベルの変化が生じるのである。

＜信号処理部＞
図１に戻り、信号処理部４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成された周知のマイクロコンピュータからなり、測距部３０にて受光チャンネルＣＨｉ毎に供給される測距データ（第１測距値Ｄ１および第２測距値Ｄ２）に従って物標を検出し、その検出出した物標との距離や相対速度を求める物標検出処理を少なくとも実行する。

ここで、信号処理部４０が実行する物標検出処理の詳細を、図６に示すフローチャートに沿って説明する。
本処理は、測距回路３２にて測距データが算出される毎、即ち、測定周期Ｔcycl毎に起動する。

本処理が起動すると、後述の処理（Ｓ１２０〜Ｓ１６０）が行われていない一つの受光チャンネルＣＨｉを選択チャンネルとし、その選択チャンネルについての測距データを取得し（Ｓ１１０）、第１測距値Ｄ１が算出されているか（即ち「データなし」ではないか）否か（Ｓ１２０）、および第２測距値Ｄ２が算出されているか（即ち「データなし」ではないか）否か（Ｓ１３０，Ｓ１３５）を判断する。

そして、第１測距値Ｄ１は算出されているが、第２測距値Ｄ２は算出されていない（Ｓ１２０：ＹＥＳ且つＳ１３０：ＮＯ）場合、即ち測距データの算出状態が「一発のみ」状態である場合、第１測距値Ｄ１を、そのまま選択チャンネルの距離データＤ（＝Ｄ１）とする（Ｓ１４０）。

第１測距値Ｄ１，第２測距値Ｄ２がいずれも算出されている場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ且つＳ１３０：ＹＥＳ）、即ち測距データの算出状態が「一発積分共存」状態である場合、（３）式に従って、選択チャンネルの距離データＤを加重平均によって求める（Ｓ１５０）。

Ｄ＝（１−α）×Ｄ１＋α×Ｄ２ （３）
但し、αは加重平均の重みであり、本実施形態では０．３を用いる。なお、αは、中間領域での第１測距値Ｄ１，第２測距値の距離精度に応じて、第１測距値Ｄ１の方の精度がよければ、０．５より小さな値に、第２測距値Ｄ２の方の精度がよければ、０．５より大きな値に設定すればよい。ここでは、第１測距値Ｄ１の方が第２測距値Ｄ２より２倍程度精度がよいものとして設定されている。

第１測距値Ｄ１が算出されていない場合（Ｓ１２０：ＮＯ且つＳ１３５：ＹＥＳ）、即ち測距データの算出状態が「積分のみ」状態である場合、第２測距値Ｄ２を、そのまま選択チャンネルの距離データＤ（＝Ｄ２）とする（Ｓ１６０）。

つまり、距離データＤは、第１測距値Ｄ１および第２測距値Ｄ２の少なくともいずれか一方に基づいて選択的に算出されることになる。
第１測距値Ｄ１，第２測距値Ｄ２がいずれもデータなしである場合、即ち測距データの算出状態が「未検知」状態である場合、距離データＤの算出を行うことなく、即ちデータなしのまま次ステップに進む。

そして、Ｓ１１０〜Ｓ１６０の処理が終了すると、その処理結果に応じて、測距データの算出状態を記憶する（Ｓ１７０）。即ち、Ｓ１４０によって距離データＤが算出された場合は「一発のみ」状態、Ｓ１５０によって距離データＤが算出された場合は「一発積分共存」状態、Ｓ１６０によって距離データＤが算出された場合は「積分のみ」状態、そのいずれでもない場合は「未検知」状態が記憶される。

そして、全ての受光チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４について、Ｓ１２０〜Ｓ１７０の処理を実行したか否かを判断し（Ｓ１８０）、未処理の受光チャンネルＣＨｉがあれば（Ｓ１８０：ＮＯ）、Ｓ１１０に戻って未処理の受光チャンネルＣＨｉを選択チャンネルにして、同様の処理を実行する。

一方、全ての受光チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４について、Ｓ１２０〜Ｓ１７０処理を実行済みであれば、各受光チャンネルＣＨｉで算出された距離データＤをクラスタ化し、各クラスタを物標として検出し、各物標について、その物標との距離、及び算出状態を設定する（Ｓ１９０）。

なお、物標が単一の受光チャンネルＣＨｉで検出されている場合、その受光チャンネルＣＨｉでの検出結果（距離データＤ及び算出状態）を、その物標との距離及び算出状態として継承する。一方、物標が複数の受光チャンネルＣＨｉに跨って検出されている場合、最も距離精度の高い算出状態にて求められた距離データＤ及び算出状態を、その物標との距離及び算出状態として継承する。但し、各算出状態の距離精度は、「一発のみ」が最も高く、「積分のみ」が最も低いものとする。

次に、検出された物標毎に、同一物標について前回サイクルで設定された算出状態（前回状態）、及びＳ１９０の処理で設定された算出状態（今回状態）に基づき、前回状態から今回状態への状態遷移が、「一発のみ」から「積分のみ」への遷移、又は「積分のみ」から「一発のみ」への遷移（以下では総称して「特定遷移」という）であるか否かを判断し（Ｓ２００）、特定遷移でなければ、Ｓ１９０の処理で設定された距離（以下では「観測値」ともいう）の信頼度は通常であるものとして相対速度を算出する処理を実行し（Ｓ２１０）、特定遷移であれば、観測値の信頼度は低いものとして相対速度を算出する処理を実行する（Ｓ２２０）。

なお、Ｓ２１０，Ｓ２２０では、時系列フィルタ（例えば、カルマンフィルタ）を用いて、相対速度を算出する。そして、観測値の信頼度は、例えば、カルマンフィルタであればカルマンゲインを増減することで調整することができる。具体的には、カルマンゲインを減少させることが、観測値の信頼度を減少させることになる。

最後に、各物標についてＳ１９０で設定された今回状態を、前回状態として記憶して（Ｓ２３０）、本処理を終了する。
＜作用＞
ここで、図７は、第１測距値（一発測距の測定結果）Ｄ１と第２測距値（積分測距の測定結果）Ｄ２とのデータの取得状況と、その取得状況に応じた距離データＤの算出方法を、測定周期毎に例示した説明図である。

測距回路３２１，３２２のいずれかでデータ抜けが生じていても、補間処理等で補うことなく、測距回路３２での測定結果に基づく距離データＤが測定周期毎に得られていることがわかる。

また、「一発積分共存」状態を経由することなく、「一発のみ」状態から「積分のみ」状態に、又は「積分のみ」状態から「一発のみ」状態に直接遷移した場合（図中の一点鎖線で囲った部位を参照）、時系列フィルタを用いて相対速度を算出する際に観測値の信頼度を低下させた演算が行われる。

＜効果＞
以上説明したように、距離，速度測定装置１では、一発測距回路３２１と積分測距回路３２２とを同時に並行して動作させ、受信信号Ｒｉが上閾値より大となる領域Ｃに属する時には第１測距値Ｄ１を、受信信号Ｒｉが下閾値以下となる領域Ａに属するときには第２測距値Ｄ２を、受信信号Ｒｉが下閾値より大且つ上閾値以下となる領域Ｂに属する時には両測距値Ｄ１，Ｄ２の加重平均値を距離データＤとして生成するようにされている。

従って、距離，速度測定装置１によれば、一発測距回路３２１が第１測距値Ｄ１を求めることができない時や、第１測距値Ｄ１の精度が低下した時でも、積分測距回路３２２にて求められた第２測距値Ｄ２を用いることによって、測定周期Ｔcycl毎に、可能な限り高い精度で距離データＤ（ひいては物標距離）を求めることができ、更には、その物標距離に基づいて可能な限り高い精度で物標との相対速度を求めることができる。

また、両測距値Ｄ１，Ｄ２の加重平均値を用いることにより、距離データＤの算出に使用される測距回路３２１，３２２が切り替わる時に、距離データＤが急激に変化すること、即ち、距離とびの発生を抑制することができる。

その結果、距離，速度測定装置１によって検出された物標との距離や相対速度に基づいて実行される各種車両制御の信頼性を向上させることができる。
また、距離，速度測定装置１によれば、算出状態の状態遷移の仕方に応じて相対速度を算出する際の観測値（距離データＤ）の信頼度を調整しているため、受信強度が急激に変化して、観測値が第１測距値Ｄ１から第２測距値Ｄ２、又は第２測距値Ｄ２から第１測距値Ｄ１にいきなり切り替わった場合でも、相対速度の算出結果が不自然に大きく変化してしまうことを抑制することができる。その結果、相対速度の算出結果を使用する各種制御の安定性を向上させることができる。

更に、距離，速度測定装置１によれば、測定周期毎に送信される複数の送信波のうち、一発測距回路３２１は一つを使用し、積分測距回路３２２は全てを使用して処理を実行するため、同じ測定周期内でほぼ同時に得られる受信信号に基づいて、第１測距値及び第２測距値が求められる。このため、検出対象となる周囲の状況（対象物との相対的な位置関係）が短時間で変化するような場合でも、精度のよい検出結果を得ることができる。

ところで、このような距離，速度測定装置１は、例えば、車両の衝突防止（ＰＣＳ）用のセンサとして好適に用いることができる。
即ち、ＰＣＳ用のセンサとして使用する場合、物標との距離だけでなく、物標の速度（相対速度）も検出する必要があり、そのためには、一定時間間隔毎に物標との距離が確実に求められることが望ましく、更には、安全に関わる制御に用いられるため、できるだけ高い精度で検出結果が得られることが望ましいからである。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施可能である。

例えば、上記実施形態では、第１測距値Ｄ１と第２測距値Ｄ２との加重平均によって距離データＤを求める際に、重みαとして固定値が用いられているが、反射強度に応じて変化させてもよい。

上記実施形態では、一発測距回路３２１で用いる検出閾値として２種類の閾値（上閾値，下閾値）を用いているが、３種類以上の閾値を用いたり、単一の閾値を用いたりしてもよい。

上記実施形態では、物標が複数の受光チャンネルＣＨｉに跨って検出されている場合、最も距離精度の高い算出状態にて求められた距離データＤ及びその算出状態を、物標の距離及び算出状態として採用しているがこれに限るものではない。例えば、複数の受信チャンネルＣＨｉのうち、その中央に位置する受光チャンネルＣＨｉの距離データＤ及び算出状態を採用してもよい。

また、上記実施形態では、相対速度の算出に時系列フィルタを用いているが、距離データＤの微分値をそのまま相対速度として採用してもよい。

１…距離，速度測定装置 １０…発光部 １１…発光素子 １２…コリメートレンズ ２０…受光部 ２１…集光レンズ ２２…受光素子群 ２３…増幅回路群 ０…測距部 ３１…制御回路 ３２（３２ａ〜３２ｄ）…測距回路 ４０…信号処理部 ３２１…一発測距回路 ３２２…積分測距回路

Claims (7)

1. 予め設定された測定周期毎に、パルス状の送信波を複数回照射し、該送信波の反射波を受信して該反射波の強度を表す受信信号を生成する送受信手段（１０，２０）と、
   前記複数の送信波のいずれか一つについて、前記送信波の送信タイミングから、該送信波に対応する前記受信信号が予め設定された検出閾値を横切るタイミングまでの経過時間を計測した結果に基づいて、前記送信波を反射した物標である反射物標までの距離を表す第１測距値を前記測定周期毎に求める第１測距手段（３２１）と、
   前記複数の送信波のそれぞれについて、各送信波の送信タイミングから、予め設定された最大検知距離を前記送信波が往復するのに要する時間以上に設定された最大計測期間の間、予め設定されたサンプリング間隔で前記受信信号をサンプリングし、各送信波の送信タイミングを基準として同一時間にサンプリングされたサンプリング値同士を加算することで求めた積分サンプリング値に基づいて、前記反射物標までの距離を表す第２測距値を前記測定周期毎に求める第２測距手段（３２２）と、
   前記第１測距値および前記第２測距値のうち、少なくとも一方を用いて、前記反射物標との距離を表す物標距離を前記測定周期毎に算出する距離算出手段（４０，Ｓ１２０〜Ｓ１６０）と、
   前記距離算出手段にて算出された距離に基づき、前記測定周期毎に、前記反射物標の速度を算出する速度算出手段（４０，Ｓ１９０〜Ｓ２２０）と、
   を備えることを特徴とする距離，速度測定装置。
2. 前記第１測距手段は、前記検出閾値として、ノイズレベルより大きな値に設定された下閾値と、該下閾値より大きな値に設定された上閾値とを有し、前記受信信号が前記上閾値を越える場合は、前記上閾値を前記検出閾値とし、前記受信信号が前記上閾値以下である場合は、前記下閾値を前記検出閾値として、前記第１測距値を求め、
   前記距離算出手段は、前記受信信号が前記上閾値より大きい場合は前記第１測距値、前記受信信号が前記下閾値より小さい場合は前記第２測距値、前記受信信号が前記下閾値以上かつ前記上閾値以下の場合は前記第１測距値と前記第２測距値との平均値を、前記物標距離として求めることを特徴とする請求項１に記載の距離，速度測定装置。
3. 前記距離算出手段に求められた前記物標距離が、前記第１測距値である場合を第１状態、前記第１測距値と前記第２測距値との平均値である場合を第２状態、前記第２測距値である場合を第３状態として、
   前記速度算出手段は、時系列フィルタを用いて速度を算出し、前記第３状態を経過することなく、前記第１状態から前記第２状態に又は前記第２状態から前記第１状態に直接遷移した場合に、前記距離算出手段にて求められた前記物標距離は信頼度が低いものとして速度を算出することを特徴とする請求項２に記載の距離，速度測定装置。
4. 前記時系列フィルタはカルマンフィルタであり、カルマンゲインを増減することによって、前記物標距離の信頼度を調整することを特徴とする請求項３に記載の距離，速度測定装置。
5. 前記第１測距値と前記第２測距値の平均値は、加重平均で算出されることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の距離，速度測定装置。
6. 前記第１測距手段が経過時間の計測を行う際の単位時間は、前記第２測距手段がサンプリングを行う際のサンプリング間隔より短いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の距離，速度測定装置。
7. 予め設定された測定周期毎に、パルス状の送信波を複数回照射し、該送信波の反射波を受信して該反射波の強度を表す受信信号を生成する送受信手段（１０，２０）と、
   前記複数の送信波のいずれか一つについて、前記送信波の送信タイミングから、該送信波に対応する前記受信信号が予め設定された検出閾値を横切るタイミングまでの経過時間を計測した結果に基づいて、前記送信波を反射した物標である反射物標までの距離を表す第１測距値を前記測定周期毎に求める第１測距手段（３２１）と、
   前記複数の送信波のそれぞれについて、各送信波の送信タイミングから、予め設定された最大検知距離を前記送信波が往復するのに要する時間以上に設定された最大計測期間の間、予め設定されたサンプリング間隔で前記受信信号をサンプリングし、各送信波の送信タイミングを基準として同一時間にサンプリングされたサンプリング値同士を加算することで求めた積分サンプリング値に基づいて、前記反射物標までの距離を表す第２測距値を前記測定周期毎に求める第２測距手段（３２２）と、
   前記第１測距値および前記第２測距値の少なくとも一方に基づき、前記反射物標との距離を表す物標距離を選択的に算出する距離算出手段（４０，Ｓ１２０〜Ｓ１６０）と、
   前記距離算出手段にて算出された距離に基づき、前記測定周期毎に、前記反射物標の速度を算出する速度算出手段（４０，Ｓ１９０〜Ｓ２２０）と、
   を備えることを特徴とする距離，速度測定装置。